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** 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
學(xué)生姓名： *** 學(xué) 號(hào)：40
專 業(yè)： 水利水電工程建筑
設(shè)計(jì)題目： 渡 槽
指導(dǎo)教師： ** **
材料目錄
序號(hào)
名 稱
數(shù)量
備 注
1
渡槽布置圖
1
2
排架及基礎(chǔ)配筋圖
1
3
槽身配筋圖
1
4
設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
1
2005年6月
摘 要
**水庫(kù)灌區(qū)引水干渠控制灌區(qū)農(nóng)田面積4330hm2，經(jīng)黃家溝時(shí)經(jīng)比較采用渡槽方案，工程為III等工程，主要建筑物為3級(jí)。
修筑的渡槽采用矩形梁式渡槽，槽底寬為2.0m，側(cè)墻高1.71m，設(shè)有間距為2.0m高為0.1m的拉桿，考慮到交通要求，還設(shè)有0.85m寬的人行板。黃家溝頂寬約有120m，溝深約為8m，屬狹長(zhǎng)V形斷面，無(wú)常流水，溝內(nèi)有良田，可種植經(jīng)濟(jì)作物。耕作深度1.0m。本設(shè)計(jì)布置等跨的間距為8m的單排架共13跨，與漸變段連接處采用漿砌石槽臺(tái)。排架與地基的連接采用整體基礎(chǔ)。槽身、排架以及基礎(chǔ)采用預(yù)制吊裝形式，為使預(yù)制時(shí)簡(jiǎn)單、方便，將排架分為三組。
細(xì)部結(jié)構(gòu)中本設(shè)計(jì)采用瀝青填料式止水；支座采用一端固定，一端活動(dòng)的形式。
關(guān) 鍵 詞
渡槽；拉桿；排架
編者
2005年6月
第一章 設(shè)計(jì)基本資料 …………………………………………………………………… 1
1、工程概況及簡(jiǎn)介 …………………………………………………………………… 1
1.1、工程概況……………………………………………………………………… 1
1.2、設(shè)計(jì)要求 …………………………………………………………………… 2
1.3、主要參考書(shū) ………………………………………………………………… 2
第二章 渡槽總體布置……………………………………………………………………… 3
1、槽址選擇 …………………………………………………………………………… 3
2、結(jié)構(gòu)選型 …………………………………………………………………………… 3
2.1、槽身的選擇 ………………………………………………………………… 3
2.2、支承選擇 …………………………………………………………………… 3
3、平面總體布置 ……………………………………………………………………… 3
第三章 水力計(jì)算…………………………………………………………………………… 4
1、槽身過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐢M定 …………………………………………………………… 4
1.1、尺寸擬定…………………………………………………………………………… 4
1.2、輸水水頭高 ……………………………………………………………………… 4
2、渡槽進(jìn)出口的底部高程確定 ……………………………………………………… 5
3、進(jìn)出口漸變段 ……………………………………………………………………… 6
第四章 槽身設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………… 7
1、槽身斷面尺寸擬定 ………………………………………………………………… 7
1.1、尺寸擬定 …………………………………………………………………… 7
2、荷載及荷載組合 …………………………………………………………………… 7
2.1、荷載計(jì)算 …………………………………………………………………… 7
3、橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算 ……………………………………………………………………… 8
3.1、受力情況分析 ……………………………………………………………… 8
3.2、拉桿軸向力計(jì)算 …………………………………………………………… 9
3.3、側(cè)墻內(nèi)力計(jì)算 ………………………………………………………………10
3.4、底板內(nèi)力計(jì)算 ………………………………………………………………11
3.5、橫向配筋計(jì)算 ………………………………………………………………12
3.6、拉桿斜截面計(jì)算 ……………………………………………………………16
4、槽身縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算 …………………………………………………………………16
4.1、荷載計(jì)算 ……………………………………………………………………17
4.2、計(jì)算縱向配筋 ………………………………………………………………17
4.3、斜截面強(qiáng)度計(jì)算 ……………………………………………………………17
5、抗裂計(jì)算 ……………………………………………………………………………18
5.1、縱向抗裂計(jì)算 ………………………………………………………………18
5.2、橫向抗裂計(jì)算 ………………………………………………………………19
6、吊裝計(jì)算 ……………………………………………………………………………22
6.1、吊裝驗(yàn)算 ……………………………………………………………………22
第五章 排架計(jì)算 ………………………………………………………………………… 24
1、排架布置 ……………………………………………………………………………24
2、排架尺寸擬定 ………………………………………………………………………24
2.1、排架高度計(jì)算 ………………………………………………………………24
2.2、排架分組計(jì)算 ………………………………………………………………24
2.3、排架分組及尺寸擬定…………………………………………………………25
2.4、尺寸擬定 ……………………………………………………………………25
3、荷載計(jì)算 ……………………………………………………………………………26
3.1、水平荷載 ……………………………………………………………………26
3.2、垂直荷載(傳給每各立柱的荷載) …………………………………………27
4、排架橫向計(jì)算 ………………………………………………………………………29
4.1、求排架彎矩M ………………………………………………………………29
4.2、軸向力計(jì)算 …………………………………………………………………30
4.3、排架的配筋計(jì)算 ……………………………………………………………31
4.3、橫梁配筋 ……………………………………………………………………32
4.4、排架的縱向計(jì)算 ……………………………………………………………33
4.5、排架吊裝驗(yàn)算 ………………………………………………………………35
4.6、牛腿設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………36
第 六 章 基礎(chǔ)計(jì)算 ……………………………………………………………………… 38
1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸擬定 …………………………………………………………………38
1.1、排架基礎(chǔ)尺寸擬定 …………………………………………………………38
2、基礎(chǔ)的荷載組合 ……………………………………………………………………38
3、基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算 ………………………………………………………………………39
4、基礎(chǔ)配筋計(jì)算 ………………………………………………………………………39
第七章 穩(wěn)定計(jì)算 ………………………………………………………………………… 40
1、槽身穩(wěn)定計(jì)算 ………………………………………………………………………40
2、渡槽整體沿基礎(chǔ)底面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算 ………………………………………………40
3、渡槽整體抗傾穩(wěn)定計(jì)算 ……………………………………………………………41
4、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算 ……………………………………………………………………41
第八章 細(xì)部結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………… 43
1、伸縮縫及止水……………………………………………………………………… 43
2、支座………………………………………………………………………………… 43
3、兩岸連接…………………………………………………………………………… 43
3
第一章 設(shè)計(jì)基本資料 …………………………………………………………………… 1
1、工程概況及簡(jiǎn)介 …………………………………………………………………… 1
1.1、工程概況……………………………………………………………………… 1
1.2、設(shè)計(jì)要求 …………………………………………………………………… 2
1.3、主要參考書(shū) ………………………………………………………………… 2
第二章 渡槽總體布置……………………………………………………………………… 3
1、槽址選擇 …………………………………………………………………………… 3
2、結(jié)構(gòu)選型 …………………………………………………………………………… 3
2.1、槽身的選擇 ………………………………………………………………… 3
2.2、支承選擇 …………………………………………………………………… 3
3、平面總體布置 ……………………………………………………………………… 3
第三章 水力計(jì)算…………………………………………………………………………… 4
1、槽身過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐢M定 …………………………………………………………… 4
1.1、尺寸擬定…………………………………………………………………………… 4
1.2、輸水水頭高 ……………………………………………………………………… 4
2、渡槽進(jìn)出口的底部高程確定 ……………………………………………………… 5
3、進(jìn)出口漸變段 ……………………………………………………………………… 6
第四章 槽身設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………… 7
1、槽身斷面尺寸擬定 ………………………………………………………………… 7
1.1、尺寸擬定 …………………………………………………………………… 7
2、荷載及荷載組合 …………………………………………………………………… 7
2.1、荷載計(jì)算 …………………………………………………………………… 7
3、橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算 ……………………………………………………………………… 8
3.1、受力情況分析 ……………………………………………………………… 8
3.2、拉桿軸向力計(jì)算 …………………………………………………………… 9
3.3、側(cè)墻內(nèi)力計(jì)算 ………………………………………………………………10
3.4、底板內(nèi)力計(jì)算 ………………………………………………………………11
3.5、橫向配筋計(jì)算 ………………………………………………………………12
3.6、拉桿斜截面計(jì)算 ……………………………………………………………16
4、槽身縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算 …………………………………………………………………16
4.1、荷載計(jì)算 ……………………………………………………………………17
4.2、計(jì)算縱向配筋 ………………………………………………………………17
4.3、斜截面強(qiáng)度計(jì)算 ……………………………………………………………17
5、抗裂計(jì)算 ……………………………………………………………………………18
5.1、縱向抗裂計(jì)算 ………………………………………………………………18
5.2、橫向抗裂計(jì)算 ………………………………………………………………19
6、吊裝計(jì)算 ……………………………………………………………………………22
6.1、吊裝驗(yàn)算 ……………………………………………………………………22
第五章 排架計(jì)算 ………………………………………………………………………… 24
1、排架布置 ……………………………………………………………………………24
2、排架尺寸擬定 ………………………………………………………………………24
2.1、排架高度計(jì)算 ………………………………………………………………24
2.2、排架分組計(jì)算 ………………………………………………………………24
2.3、排架分組及尺寸擬定…………………………………………………………25
2.4、尺寸擬定 ……………………………………………………………………25
3、荷載計(jì)算 ……………………………………………………………………………26
3.1、水平荷載 ……………………………………………………………………26
3.2、垂直荷載(傳給每各立柱的荷載) …………………………………………27
4、排架橫向計(jì)算 ………………………………………………………………………29
4.1、求排架彎矩M ………………………………………………………………29
4.2、軸向力計(jì)算 …………………………………………………………………30
4.3、排架的配筋計(jì)算 ……………………………………………………………31
4.3、橫梁配筋 ……………………………………………………………………32
4.4、排架的縱向計(jì)算 ……………………………………………………………33
4.5、排架吊裝驗(yàn)算 ………………………………………………………………35
4.6、牛腿設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………36
第 六 章 基礎(chǔ)計(jì)算 ……………………………………………………………………… 38
1、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸擬定 …………………………………………………………………38
1.1、排架基礎(chǔ)尺寸擬定 …………………………………………………………38
2、基礎(chǔ)的荷載組合 ……………………………………………………………………38
3、基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算 ………………………………………………………………………39
4、基礎(chǔ)配筋計(jì)算 ………………………………………………………………………39
第七章 穩(wěn)定計(jì)算 ………………………………………………………………………… 40
1、槽身穩(wěn)定計(jì)算 ………………………………………………………………………40
2、渡槽整體沿基礎(chǔ)底面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算 ………………………………………………40
3、渡槽整體抗傾穩(wěn)定計(jì)算 ……………………………………………………………41
4、地基穩(wěn)定性驗(yàn)算 ……………………………………………………………………41
第八章 細(xì)部結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………… 43
1、伸縮縫及止水……………………………………………………………………… 43
2、支座………………………………………………………………………………… 43
3、兩岸連接…………………………………………………………………………… 43
第一章 設(shè)計(jì)基本資料
1、工程概況及簡(jiǎn)介
1.1、工程概況：
某縣佛嶺水庫(kù)灌區(qū)引水干渠經(jīng)黃家溝時(shí)需修建一座輸水建筑物，經(jīng)過(guò)填方渠道、倒虹吸和渡槽三種方案比較。決定修建渡槽。干渠控制灌區(qū)農(nóng)田面積6.5萬(wàn)畝，工程為Ⅲ等工程，主要建筑為3級(jí)。
1.1.1、地形：
黃家溝頂寬約110m，溝深約8米。屬狹長(zhǎng)V型斷面。無(wú)常年流水，溝內(nèi)種植有經(jīng)濟(jì)作物。耕作深度為1.0m。
1.1.2、地質(zhì)：
溝內(nèi)周口店期黃土層，干重度為13－14KN/m3。Φ＝21。，C＝24KPa，地基承載力[R]＝290Kpa，基礎(chǔ)與地基摩擦系數(shù)f＝0.31。
1.1.3、上、下游渠道資料：
上游渠底高程為m，Q設(shè)＝4.4m3/s，k加大＝0.25，Q加大＝5.5 m3/s，i＝1/3500，渡槽上、下游渠道，渠底寬2.5m，糙率n＝0.017。內(nèi)、外邊坡分別為1:10和1:15，該渡槽規(guī)劃時(shí)允許水頭損失為0.25m，水力要素如表1－1。渡槽糙率為0.015。
表1－1 上、下游渠道過(guò)水?dāng)嗝嫠σ兀?
流量
（m3/s）
縱坡
i
底寬
b
（m）
流量v
（m3/s）
堤高H
（m）
邊坡
糙率
n
水深
h
（m）
超高△H
（m）
渠口寬
b
（m）
Q設(shè)＝4.4
1/3500
2.5
0.86
1.83
1:1
1:1.5
0.017
1.33
0.5
6.16
Q加大＝5.5
1/3500
2.5
0.12
2.00
1:1
1:1.5
0.017
1.50
0.5
6.50
1.1.4、建筑材料及安全系數(shù)：
該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷林囟萺c＝24KN / m3，溫度膨脹系數(shù)dc＝1.0×10－51/℃,混凝土其他特性性能指標(biāo)見(jiàn)表1－2。采用Ⅰ和Ⅱ級(jí)鋼筋，Ⅰ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy’=210N/mm2。強(qiáng)度模量Es＝2.1×105N/ mm2, Ⅱ級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=fy’=310N/mm2,強(qiáng)度模量Es＝2.1×105N/mm2。
鋼筋混凝土重度r＝35KN/ m3。構(gòu)件裂縫寬度允許值，短期組合[Wmax]＝0.3mm，長(zhǎng)期組合[Wmin]＝0.25mm。
表1－2 混凝土特性指標(biāo)：（單位N/ mm2）
混凝土強(qiáng)度等級(jí)
軸心抗壓
軸心抗拉
彈性模量Ec
標(biāo)準(zhǔn)值fck
設(shè)計(jì)值fc
標(biāo)準(zhǔn)值fck
設(shè)計(jì)值fc
C20
13.5
10.0
1.50
1.10
2.55×104
C25
17.0
12.5
1.75
1.30
2.8×104
漿砌采用M15砂漿砌塊石。
1.1.5、工程回填土及地基力學(xué)特性根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果如下：
rc＝16KN / m3；Φ＝20.8。；C＝23Kpa，修正后地基承載力特性值fa=290Kpa?；A(chǔ)與地基摩擦系數(shù)f＝0.35，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[K]＝1.5。
根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定》以及灌區(qū)規(guī)劃要求，確定該渡槽為三級(jí)永久建筑物，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅱ級(jí)。機(jī)構(gòu)重要性系數(shù)為r0＝1，短暫設(shè)計(jì)狀況系數(shù)ψ＝0.95，偶然狀況系數(shù)ψ＝0.85，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系數(shù)rd＝1.2。
其他荷載：
人群荷載：2.0kN/ m2(人行橋上的活荷載)
基本荷載：0.35kN/ m2(風(fēng)壓)
氣象：
最高日平均氣溫30℃，最低日平均氣溫0℃，不考慮凍土深度。
施工條件：
采用裝載式鋼筋混凝土渡槽，預(yù)制吊裝。
1.2、設(shè)計(jì)要求：
按初步設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，局部可深入考慮。
進(jìn)行渡槽總體布置，包括槽身、支撐、基礎(chǔ)等機(jī)構(gòu)型式的選擇。
水力計(jì)算
槽身設(shè)計(jì)
支承機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)
1.3、主要參考書(shū)：
《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》
《渡槽》
《設(shè)計(jì)圖集》
《建筑結(jié)構(gòu)》
《工程力學(xué)》
《水力學(xué)》
《土力學(xué)》
《工程制圖》
《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》
第二章 渡槽總體布置
渡槽總體布置的主要內(nèi)容包括槽址選擇、形式選擇、進(jìn)出口布置、基礎(chǔ)布置。
渡槽總體布置基本要求：
1、流量、水位滿足灌區(qū)要求;
2、槽身長(zhǎng)度短，基礎(chǔ)、岸坡穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)選型合理；進(jìn)出口順直通暢，避免填方接頭；少占農(nóng)田、交通方便、就地取材等。
1、槽址選擇
1.1、注意問(wèn)題：
1、槽身長(zhǎng)度短、基礎(chǔ)低，降低功工程造價(jià)。
2、軸線短、順直、進(jìn)出口避免急轉(zhuǎn)彎，布置在挖方處。
3、渡槽軸線盡量和河道正交。
4、少占耕地、少拆民房。
1.2、在選擇槽址時(shí)，除應(yīng)滿足以上總體布置的要求外，還應(yīng)考慮槽址附近是否有寬敞、平坦的施工場(chǎng)地，同時(shí)應(yīng)滿足槽下的交通要求。綜合考慮各方面因素，在平面圖上確定槽址位置，畫(huà)出該斷面圖。
2、結(jié)構(gòu)選型
2.1、槽身的選擇：
槽身的橫斷面型式有矩、U形、圓形和拋物線形，其中常用的是矩形和U形。本設(shè)計(jì)中Q設(shè)＝4.4 m3/s，屬中小流量。渡槽長(zhǎng)度為中型渡槽。矩形渡槽具有抗凍、耐久性好的特點(diǎn)，施工方便，故選用矩形渡槽。又因黃家溝無(wú)常年流水，故可設(shè)拉桿以減少側(cè)墻厚度。
2.2、支承選擇：
該渡槽地址處溝深約8米，跨度較大（約110m），宜用梁式渡槽。
綜合分析：選用簡(jiǎn)式梁型式，雖彎距較大，但施工方便。
3、平面總體布置
本設(shè)計(jì)布置等跨間距為8m的單排架共13跨，矩形渡槽采用簡(jiǎn)支，上下游漸變段各8m與梯形混凝土渠首相連。渡槽全長(zhǎng)120m，槽上根據(jù)交通要求設(shè)人行橋，凈寬0.85m。拱墩臺(tái)及排架基礎(chǔ)墩均采用漿砌石護(hù)坡?？傮w布置圖見(jiàn)圖2－1所示。
9
第三章 水力計(jì)算
1、槽身過(guò)水?dāng)嗝娉叽鐢M定
1.1、尺寸擬定：
選定縱坡i＝1/600，底寬B＝2.0m。糙率n＝0.014，Q設(shè)＝4.4 m3/s，Q加＝5.5 m3/s。因槽長(zhǎng)大于15－20倍槽內(nèi)水深，故按明渠均勻流計(jì)算。計(jì)算結(jié)果：Q設(shè)＝4.4 m3/s時(shí)，h設(shè)＝1.15 m；Q加＝5.5 m3/s時(shí)，h加＝1.36 m。B/h分別為1.74和1.47，根據(jù)工程特殊情況，側(cè)墻加厚，寬深比適當(dāng)提高滿足要求。
超高：h/12+5=115/12+5=14.6(cm)<136-115＝21(cm)，故H＝1.36+0.1=1.46(cm)(考慮拉桿高)。
1.2、輸水水頭高：
通過(guò)渡槽的輸水水頭損失，包括進(jìn)出口水頭損失、槽身沿程水頭損失與進(jìn)出口水面回升三方面，詳見(jiàn)圖3－1所示。
1.2.1、 進(jìn)出口水頭損失Z：
水流過(guò)渠道漸變段進(jìn)入槽身時(shí)，流速增大，水面發(fā)生降落。工程中常近似按淹沒(méi)寬頂堰計(jì)算：
（3－1）
式中 K1－進(jìn)口段按局部水頭損失系數(shù)，與漸變段形式有關(guān)，扭曲面為0.1，八字面為0.2，圓弧直墻為0.2，急變形式為0.4；
V、V0＝槽身與上下游渠道的流速，m/s；
G－重力加速度，取9.8m/s2.
具體計(jì)算見(jiàn)表3－1所示。
1.2.2、 槽身沿程水頭損失Z1：
水流經(jīng)過(guò)全槽后水面發(fā)生降落，按明渠均勻流計(jì)算：
Z1＝IL （3－2）
L－槽身長(zhǎng)度，L＝13*8＝104（m）;
I－槽身坡降，要經(jīng)方案比較，使水頭損失滿足規(guī)劃要求，并注意到前面已假定了i＝1、600，比較時(shí)可取1/500、1/700、1/650。詳見(jiàn)表3－1。
1.2.3、 出口水面回升：
水流經(jīng)槽身、渠道出口漸變段進(jìn)入下游渠道因流速減少，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，水面回升：
（3－3）
K2－出口局部水頭損失系數(shù)，取0.2：
V－槽身流速，m/s：
V1－下游渠道流速，m/s。
1.2.4、總水頭損失：
△Z＝Z+ Z1- Z2 (3－4)
規(guī)劃中允許水頭損失為0.2m，計(jì)算值應(yīng)等于或略小于此值，具體計(jì)算見(jiàn)表3－1。
表3－1 輸水水頭損失計(jì)算：
計(jì)算
情況
i
h
W
(m)
X
(m)
R
(m)
Q
(m3/s)
V
(m/s)
Z
(m)
Z1
(m)
Z2
(m)
△Z
(m)
設(shè)計(jì)
1/550
1.14
2.28
4.48
0.509
4.4
1.93
0.168
0.189
0.114
0.243
校核
1/550
1.32
2.64
4.64
0.568
5.5
2.08
0.192
0.189
0.142
0.239
設(shè)計(jì)
1/600
1.15
2.3
4.3
0.698
4.4
1.91
0.163
0.173
0.119
0.217
校核
1/600
1.36
2.72
4.72
0.576
5.5
2.02
0.182
00173
0.132
0.223
設(shè)計(jì)
1/650
1.18
2.36
4.36
0.541
4.4
1.86
0.153
0.16
0.111
0.202
校核
1/650
1.41
2.82
4.82
0.585
5.5
1.95
0.166
0.16
0.121
0.205
設(shè)計(jì)
1/700
1.22
2.4
4.4
0.549
4.4
1.81
0.142
0.149
0.104
0.187
校核
1/700
1.44
2.88
4.88
0.59
5.5
1.91
0.157
0.149
0.114
0.192
注：本設(shè)計(jì)進(jìn)出口采用扭曲面式翼墻，在計(jì)算Z時(shí)，取0.1。
表3－1中已完成計(jì)算，通過(guò)計(jì)算，用允許水頭損失作為一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)i＝1/600，△Z＝0.217小于規(guī)劃允許的水頭損失0.25m，所以初步選定的斷面尺寸符合規(guī)劃要求。
2、渡槽進(jìn)出口的底部高程確定
為了時(shí)渡槽與上下游渠道高程水面平順連接，合理利用水頭損失而不影響過(guò)水能力，渡槽進(jìn)出口渠底的降低要與水流情況相適應(yīng)。
進(jìn)口抬高值：
y1＝h1-Z- h2＝1.33-0.163-1.15=0.017(m)
出口降低值：
y2＝h3-Z2- h2＝1.33-0.119-1.15＝0.061(m)
進(jìn)口槽底高程：
▽1＝▽3＋y1＝550.1+0.017＝550.12（m）
出口槽底高程：
▽2＝▽1－Z1＝550.12-0.173＝549.95（m）
出口槽底高程：
▽4＝▽2－y2＝549.95-0.061＝549.89（m）
具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3－1。
圖3－1 渡槽水力計(jì)算圖：
3、進(jìn)出口漸變段
水流通過(guò)渡槽，由于槽身寬與渠寬不一致，為了使水流能平順過(guò)渡，渡槽進(jìn)出口常采用漸變段銜接。本設(shè)計(jì)中采用扭面，參照武漢水利電力學(xué)院主編的《水工建筑物》計(jì)算漸變段長(zhǎng)度：
進(jìn)口段：L1>4h＝4×1.33＝5.32（m），取8m。
出口段：L2>6h＝6×1.33＝9.98（m），取8m。
第四章 槽身設(shè)計(jì)
1、槽身斷面尺寸擬定
1.1、尺寸擬定：
根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果，槽內(nèi)凈寬B＝2.0m，高H＝1.46m（拉桿0.1m），其他尺寸按下面計(jì)算確定。
該渡槽無(wú)通航要求，槽頂設(shè)拉桿，間距2m，側(cè)墻厚度t按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)t/h=1/12～1/16確定。H為側(cè)墻高1.46m，t＝（1/12～1/16），H＝0.12～0.09m。取t＝15cm。渡槽要滿足行人要求，故在拉桿上設(shè)置人行板，板寬取85cm，厚10cm，底板厚15cm，砌其斷面尺寸如圖4－1所示。
圖4－1 槽身斷面圖：（單位：cm）
2、荷載及荷載組合
2.1、荷載計(jì)算：
2.1.1、永久荷載設(shè)計(jì)值：
永久荷載分項(xiàng)系數(shù)rG×永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk（其中rG＝1.05）
2.1.2、可變荷載設(shè)計(jì)值：
可變荷載分項(xiàng)系數(shù)rQ×可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk（其中rQ＝1.2）
按沿水流方向與垂直水流方向取單位長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4－1。
槽身是一種空間薄壁結(jié)構(gòu)，受力較復(fù)雜，在實(shí)際工程中，近似的分為縱向及橫向兩部分進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)計(jì)算。
表4－1 槽身荷載計(jì)算：（單位：G－KN；g－KN/m）
荷載種類
標(biāo)準(zhǔn)值
設(shè)計(jì)值
計(jì)算式
大小
計(jì)算式
大小
1、側(cè)墻重
G1k＝25×0.15×1.71
6.413
G1＝1.05×6.413
6.734
附表4－1 槽身荷載計(jì)算：
沿水流方向
Q 11k＝6.413
6.413
Q1k＝1.05×6.413
6.734
垂直水流方向
Q12k＝6.413/0.15
42.75
Q12＝1.05×42.75
44.89
2、拉桿重
G2k＝25×（0.12×2＋0.12）
0.75
G2＝1.05×0.75
0.79
沿水流方向
Q21k＝0.75×(5/8)
0.47
Q21＝0.47×1.05
0.49
垂直水流方向
Q22k＝0.47/2
0.24
Q22＝1.05×0.24
0.25
3、人行板重
G3k＝25×0.85×0.1
2.13
G3＝1.05×2.13
2.24
沿水流方向
Q31k＝2.13
2.13
Q31＝1.05×2.13
2.24
垂直水流方向
Q32k＝2.13/0.85
2.51
Q32＝1.05×2.51
2.64
4、底板重
G4k＝25×（2×0.15＋0.152＋0.3×0.1）
8.81
G4＝1.05×8.81
9.25
沿水流方向
Q41k＝8.81
8.81
Q41＝1.05×8.81
9.25
垂直水流方向
Q42k＝8.81/2
4.405
Q42＝1.05×4.405
4.621
5、設(shè)計(jì)水重
G5k＝9.8×（1.15×2- 0.152）
22.32
G5＝1.05×22.32
23.435
沿水流方向
Q51k＝22.32
22.32
Q51＝1.05×22.32
23.435
垂直水流方向
Q52k＝22.32/2
11.16
Q52＝1.05×22.32
23.435
6、校核水重
G6k＝9.8×（1.36×2－0.152）
26.44
Q6＝1.05×26.44
27.76
沿水流方向
Q61k＝26.44
26.44
Q61＝1.05×26.44
27.76
垂直水流方向
Q62k＝26.44/2
13.22
Q62＝1.05×13.22
13.88
7、人群重
G7k＝2.0×0.81
1.62
G7＝1.2×1.62
1.94
沿水流方向
Q71·k＝1.62
1.62
Q71＝1.2×1.62
1.94
垂直水流方向
Q72k＝1.62/0.85
1.91
Q72＝1.2×1.91
2.29
8、欄桿重
G8k＝1.8
1.8
G8＝1.05×1.8
1.89
沿水流方向
Q81k＝1.8
1.8
Q81＝1.05×1.8
1.89
垂直水流方向
Q82k＝1.8/0.85
2.12
Q82＝1.05×2.12
2.22
3、橫向結(jié)構(gòu)計(jì)算
3.1、受力情況分析：
由于槽身在欄桿之間的斷面核設(shè)置欄桿處的斷面變位相差甚微，故仍可沿槽身縱向取1.0m常的脫離體，按平面問(wèn)題進(jìn)行橫向計(jì)算。
作用在脫離體上的荷載兩側(cè)的剪力差（△Q＝Q2－Q1）繼續(xù)平衡，側(cè)墻與底板交結(jié)處可視為鉸接，沿中心線切口處可視為上下移動(dòng)的雙鏈桿支座，計(jì)算簡(jiǎn)圖如4－2所示。
由于側(cè)墻與底板等厚，接B/H＝（2.0+0.3）/1.46=1.58，在1.25～1.67之間，槽內(nèi)水位取至拉桿中心作為控制條件，槽頂荷載產(chǎn)生集中力P0和力矩M0。
按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算分別為：
Pk0＝1/2×（Q21k+Q31k+Q71k＋Q81k）＝1/2×（0.47+2.13+1.62+1.8）＝3.01（KN）
Mk0＝1/2×3.01×（2.0/2+0.15/2）=1.62(KN.m)
按設(shè)計(jì)荷載計(jì)算分別為：
P0＝1/2×（Q21+Q31+Q71＋Q81）＝1/2×（0.49+2.24+1.94+1.89）＝3.28（KN）
M0＝1/2×3.28×（2.0/2+0.15/2）=1.73(KN.m)
圖4－2槽身橫向計(jì)算簡(jiǎn)圖：
3.2、拉桿軸向力計(jì)算：
簡(jiǎn)化后結(jié)構(gòu)為一次超靜定結(jié)構(gòu)，因力法計(jì)算拉桿拉為X1，亦可按下式直接計(jì)算，按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算分別為：
（4－1）
式中 Xk1－單位槽長(zhǎng)拉桿軸向拉力，KN；
H－拉桿中心線至底板距離，H＝1.51m；
Qk1－側(cè)墻底部靜水壓強(qiáng)，KPa；
L－兩側(cè)墻中心線間距之半，L＝（2.0+0.15）/2=1.075(m)；
Qk2－底板上均勻荷載強(qiáng)度，KN/m。
Qk2＝rct＋rH＝25×0.15+9.8×1.51＝18.55（KN/m）
Iab、Iad－底板和側(cè)墻壁截面慣性矩，m4；
Iab＝t3/12 Iad＝δ3/12 t=δ Iab＝Iad
=2.081(KN/m)
Xk1s＝Xk1×S＝2.081×2＝4.162（KN）
X1s－拉桿間距為s時(shí)，一根拉桿的軸向拉力。
按設(shè)計(jì)荷載計(jì)算為：
（4－2）
Q1＝rq·r·H＝1.1×9.8×1.51＝16.278（KN/m）
Q2＝rg（rct＋rqH）＝1.05×25×0.15＋14.798×1.1＝20.215（KN/m）
＝2.638（KN/m）
X1s＝X1·S＝2.638×2＝5.277（KN）
3.3、側(cè)墻內(nèi)力計(jì)算：
3.3.1、側(cè)墻彎距。由拉桿中心線到側(cè)墻計(jì)算截面的距離為y的彎距。
按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算為：
Mky＝Xk1y＋1.62－1/6r·y3＝2.081y＋1.62－1/6×9.81y3 （4－3）
當(dāng)y＝0時(shí)，Mk側(cè)1＝1.62（KN·m）
當(dāng)y＝0.5時(shí)，Mk側(cè)2＝2.456（KN·m）
當(dāng)y＝1.0時(shí)，Mk側(cè)3＝2.068（KN·m）
當(dāng)y＝1.51時(shí)，Mk側(cè)4＝2.081×1.51+1.62－1/6×9.81×1.513＝－0.861（KN·m）
當(dāng)y＝y(tǒng)m＝＝＝0.652（m）時(shí)，彎距最大為：
Mk側(cè)m＝2.081×0.652+1.62－1/2×9.81×0.6523＝2.524（KN·m）
表4－2 標(biāo)準(zhǔn)荷載彎距計(jì)算表：
Yx
0
0.5
0.652
1.0
1.51
Mkx
1.62
2.456
2.524
2.068
－0.861
按設(shè)計(jì)荷載計(jì)算為：
My＝X1·y＋1.73－1/6rG·ry3＝2.638y＋1.73－1/6×1.05×9.8y3 （4－4）
表4－3 設(shè)計(jì)荷載彎距計(jì)算表：
My
0
0.5
1.0
0.716
1.51
M側(cè)y
1.73
2.835
2.653
2.989
－0.191
3.3.2、側(cè)墻軸力Ny。軸力Ny只近似考慮側(cè)墻截面承受剪力△Q。
標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算：
Nky＝ （4－5）
式中 △Q－作用在槽身截面上的計(jì)算剪力。其值等于1.0m槽身常的總荷載，及縱向計(jì)算中的均布荷載q。
△Qk＝Q11k＋Q21k+ Q31k＋Q41k＋Q61k＋Q71k＋Q8k （4－6）
＝6.413+0.47+2.31+8.81+26.44+1.62+1.8＝47.863（KN）
當(dāng)y＝0時(shí)，N1＝－Pk0＝－3.01(KN)
當(dāng)y＝1.51時(shí)，N2＝ －3.01＝15.259（KN）（拉）
令 Ny‘＝
－41.71y2＋62.97y－3.75＝0
y1＝1.45 y2＝0.062
當(dāng)y＝1.45時(shí)，N3＝15.37（KN）（拉）
當(dāng)y＝0.062時(shí)，N4＝－3.17（KN）（壓）
當(dāng)按設(shè)計(jì)荷載計(jì)算時(shí)：
Nky＝ （4－7）
式中 △Q－作用愛(ài)槽身截面上的計(jì)算簡(jiǎn)歷，其值等于1.0m槽身長(zhǎng)的總荷載，即縱向計(jì)算中的均布荷載。
△Q＝Q11＋Q21+ Q31＋Q41＋Q61＋Q71＋Q8 （4－8）
＝6.734＋0.49+2.24+9.25+27.76+1.94+1.89＝50.304（KN）
當(dāng)y＝0，N1＝－P0＝－3.28（KN）（壓）
當(dāng)y＝1.51時(shí)，N2＝
＝15.93（KN）（拉）
令Ny‘＝
－43.83y2＋66.19y－3.94＝0
y1＝1.45 y2＝0.062
當(dāng)y＝1.45時(shí)，N3＝16.04（KN）（拉）
當(dāng)y＝0.062時(shí)，N4＝－3.4（KN）（壓）
表4－4 軸力計(jì)算表：
Y
0
0.062
1.45
1.51
單位：KN
Ny
－3.28
－3.4
16.04
15.93
3.4、底板內(nèi)力計(jì)算：
3.4.1、底板彎距。離側(cè)墻中心線X處的底板彎距計(jì)算，為底板荷載計(jì)算。
標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算為：
（4－8）
=－9.274X2＋18.084X－0.861
令X＝0，底板斷臂彎距M底1＝－0.861（KN·m）
令X=L =1.075，M底2＝7.862（KN·m）
設(shè)計(jì)荷載計(jì)算為：
＝－9.783X2——18.989X－0.191
令X＝0，M底1＝－0.191（KN·m）
令X＝L＝1.075，M底2＝8.969（KN·m）
令X＝0.5，M底3＝6.869（KN·m）
令X＝1，M底4＝9.06（KN·m）
表4－5 底板彎距計(jì)算表：
X
0
0.5
1
1.075
Mx
－0.191
6.869
9.06
8.969
3.4.2、底板軸力。底板軸力等于側(cè)墻底端的剪力，為底板軸力計(jì)算。
標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算為：
NkA＝NkB＝1/2rh2－Xk1＝1/2×9.8×1.512－2.08＝9.09（KN）(拉)
設(shè)計(jì)荷載計(jì)算為：
NA＝NB＝1/2 rG·rh2－X1＝1/2×1.1×9.8×1.512－2.038＝9.652（KN·m）
側(cè)墻、底板彎距軸力圖見(jiàn)附圖一。
3.5、橫向配筋計(jì)算：
3.5.1、底板配筋。按底板中部彎距配筋：
采用C20混凝土，fc＝N/mm2，Ⅰ級(jí)鋼筋，fy=fy’=210N/mm2，M＝8.969（KN·m）。N＝9.652（KN·m）。
設(shè) a＝a‘＝30，h＝150，h0＝h－a‘＝120（mm）
M＝r0·Ψ·8.969＝1×0.95×8.969＝8.521（KN·m）
N＝r0·Ψ·9.652＝1×0.95×9.652＝9.169（KN·m）
e0＝M/N=8.521/9.169=0.929(m)>h/2-a=45(mm)
故按大偏心受拉構(gòu)件配筋：
εb＝（查表）
e＝e0－h(huán)/2+a=929-150/2+30=884(mm)
=
=－2727.24(mm2) <0
計(jì)算表明不需要配筋，但仍應(yīng)按構(gòu)造要求配筋。
ρmin=0.2%
As min’＝0.002×1000×120＝240（mm2)
配置Φ8@200，As ’＝ As min’＝251（mm2)
如不考慮As ’的承壓作用，As ’＝0
由 rd Ne＝
則
ε＝＝1－＝0.07
x＝εh0＝0.07×120＝8.4（mm）<2α’=60(mm)
e ’= e0+h/2－α=929＋150/2－30＝974（mm）
αs ＝＝0.041
ε＝
x＝εh0＝0.042×120＝5.03（mm）<2=60(mm)
仍要按唯一公式進(jìn)行配筋。As＝567 mm2，選Φ12@200，As＝565 mm2。
3.5.2、側(cè)墻配筋：
對(duì)側(cè)墻最大彎距處（y＝0.716m）的配筋，計(jì)算如下：
α＝α‘＝30mm，b＝1000mm，h＝150mm，h0＝120mm，fc＝10KN/mm2 fy＝fy’＝210 KN/mm2，rd’＝1，Ψ＝0.95
Mm＝2.989r0·Ψ=2.989×1×0.95＝2.84
＝5.503（KN）
eo＝M/n==0.516(m)>h/2－αs＝45（mm）
按大偏心受拉構(gòu)件計(jì)算。
e＝eo－h(huán)/2+α=516－0.5×150＋30＝471(mm)
x=εb·h0＝0.614×120＝73.68（mm）
As’＝
＝
＝－3077.35<0
雖按受力計(jì)算不配筋，但仍應(yīng)按構(gòu)造要求配筋。
As min’＝0.002×1000×120＝240（mm2)
選配Φ8@200，As ’＝ As min’＝251（mm2)
進(jìn)一步計(jì)算的：As ＝196.01（mm2)
選配Φ8@200，As ＝201（mm2)
對(duì)側(cè)墻拉力最大處（y＝1.45）配筋。
N3＝16.04r0·Ψ＝16.04×1×0.95＝19.24（KN）（拉）
M＝
＝1×0.95×（2.638×1.45＋1.73－1/6×1.1×9.8×1.453）
＝0.074（KN·m）
e0＝M/N=0.074/15.24=0.05(m)
ρmin=0.2%
As＝ρb h0＝0.36%×850×75＝230（mm2)
3.5.4、拉桿的配筋：
人行板作用與拉桿的荷載Q板1＝7.15KN/m，其對(duì)跨中彎距等效荷載：
Q板1＝（2α－α2）Q板1，α＝0.85/2=0.425
Q板1＝(2×0.425－0.4252)×7.15＝4.79（KN/m）
8米長(zhǎng)一跨渡槽共5根拉桿，作用在每根拉桿上的荷載為：
＝8.06（KN/m）
跨中彎距：
M＝1×0.95×1/8×8.06×22＝3.83 （KN/m）
支座剪力：
Q＝1×0.95×0.5×8.06×2＝7.657（KN）
Nc＝5.277（KN）（拉）
取α＝α‘＝25mm，h0＝h‘－α’＝75mm，b＝150mm，
e0＝M/N=3.83/5.277=0.726(m)>0.5h－α＝25（mm）。
按偏心受拉構(gòu)件計(jì)算：
e＝eo－0.5h＋α＝726－0.5×100＋25＝701（mm）
＝
＝81（mm2)
選配2Φ8，As’＝101mm2，則
αs＝
＝
＝0.4
則As＝
選3Φ8，As＝462(mm2)
表4－7 人行板、拉桿配筋表：
區(qū)域
人行板
拉桿
受壓As’
無(wú)
2Φ8，As’＝101mm2
受拉As
Φ8@200，As＝251mm2
3Φ8，As＝462mm2
3.6、拉桿斜截面計(jì)算：
故截面尺寸滿足抗剪條件。
Vc＝0.07fcbh0＝0.07×10×150×75＝7.875（KN）V=189.67KN
截面尺寸滿足截面限制條件
0.07 fcbh0＝0.07×10×300×1630＝342.3> rdV=227.6(KN)
按受拉計(jì)算不要求配置腹筋，考慮到側(cè)墻的豎向受力筋可以起到腹筋作用，單為固
定縱向受力筋位置，仍在兩側(cè)布置Φ8@250的縱向封閉箍筋。同時(shí)沿墻高布置Φ8@250的縱向鋼筋，槽身的配置的橫斷面圖見(jiàn)附圖4－4所示。
5、抗裂計(jì)算
5.1、縱向抗裂計(jì)算：
忽略補(bǔ)角作用，將斷面化為如圖4－5所示。
圖4－5抗裂計(jì)算斷面簡(jiǎn)圖。（單位：m）
沿槽身縱向的危險(xiǎn)斷面是在跨中，按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算，通過(guò)假定流量時(shí)彎距為：
M＝1/8×（6.413×2+0.47+2.13+8.81+26.44+1.62+1.8）×7.352
＝365.3（KN·m）
按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算，通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)彎距為：
M=1、8×(0.423×2+0.47+2.13+8.81+22.32+1.62+1.81)×7.352
＝337.55（KN·m）
b＝0.3m，bf＝2.3m，h=1.71m，hf=0.15m
h1=1.71-0.1=1.61(m)
可按下式進(jìn)行抗裂計(jì)算;
(4－9)
式中 rm－受彎構(gòu)件塑性影響系數(shù)；
rm＝1.55×（0.7＋300/1710）=1.357
Ml－按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算的彎距；
αct－混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)。長(zhǎng)期組合為0.7，短期組合為0.85；
W0－換算截面A0對(duì)受拉邊緣的彈性抗矩，；
I0－換算截面重心軸慣性矩；
y0－換算截面重心軸至受壓邊緣距離；
ftk－混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，C20混凝土抗裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk＝1.5N/mm2.
I0、y0可按下列公式計(jì)算：
A0＝0.3×1.71+2×0.15＝0.813（m2)
＝
＝1.106（m）
I0
＝1/3×0.3×1.1062＋1/3×0.3（1.71－1.106）3
＋1/12（2.3－0.3）×0.15＋（2.3－0.3）×0.15（1.61-1.106-0.15/2）2
=0.206(m4)
(m3)
通過(guò)加大流量時(shí)，Ms＝365.3（KN·m）
＝1.357×0.85×0.341×1.5×103＝589.99（KN·m）
≥Ms＝365.39(KN·m）
通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí)，Ml＝337.55（KN·m）
＝1.357×0.7×0.341×1.5×103＝485.87（KN·m）
≥Ml＝337.55(KN·m）
故槽身縱向滿足抗裂要求。
5.2、橫向抗裂計(jì)算：
底板抗裂計(jì)算：驗(yàn)算斷面在跨中斷面。按標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算，考慮鋼筋作用。N＝9.09KN，M＝7.862 KN·m，b＝1000m，h＝150mm。
Nl≤
式中 e0－軸向力偏心距，e0＝M/N；
rm－受彎構(gòu)件的塑性影響系數(shù)；rm＝1.55，因0.7＋300/h =0.7+300/1500>1.1,故Vm＝1.55×1.1＝1.71。
＝
＝1000×150+8.235×（565+251）＝156719.76（m2)
需進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。
5.2.1、底板裂縫寬度驗(yàn)算：
①、已知在標(biāo)準(zhǔn)荷載情況下進(jìn)行驗(yàn)算。
校核水位：
Ns＝9.09KN，Ms＝7.862 KN·m，e0＝M/N=0.865(m)
e＝eo－h(huán)/2+α=820(mm)。
設(shè)計(jì)水位：
Nl＝6.31KN，Ms＝7.566 KN·m，e0＝M/N=1.199(m)
e＝eo－h(huán)/2+α=1154(mm)。
按下列公式計(jì)算：
（4－10）
（4－11）
式中 α1－構(gòu)件受力特征系數(shù)（偏心受拉構(gòu)件1.15，受彎構(gòu)件核偏心
受壓構(gòu)件α1＝1.0；
α2－鋼筋表面形狀系數(shù)（變形鋼筋α2＝1.0，表面鋼筋α2＝1.4）；
α3－荷載長(zhǎng)期作用系數(shù)（荷載效應(yīng)的短期組合α3＝1.5，荷載效應(yīng)的長(zhǎng)期組合α3＝1.6）；
c－縱向受拉鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，mm；
α－受拉鋼筋直徑，mm；
ρte－縱向受拉鋼筋的有效配筋率，ρte＝As/Ate，當(dāng)ρte<0.03時(shí)，取ρte＝0.03；
Ate－Ate＝2αsb。αsc+d/2；
As－受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積；
σss、σsl－按荷載效應(yīng)的短期組合及長(zhǎng)期組合計(jì)算的構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力。
σss
σsl
（正號(hào)：大偏心受拉構(gòu)件；負(fù)號(hào)：小偏心受拉構(gòu)件）
②進(jìn)行計(jì)算：
已知：α1＝1.15，α2＝1.4，α3＝1.5、1.6，c＝30，αs＝36mm，α＝12
ρte＝As/Ate=As/2αsb=565/2×36×1000＝0.01<0.03，取ρte＝0.03。
σss
σsl
故：
＝1.15×1.4×1.5×(137.02/2.1)×105
×（3×30+0.1×(12/0.03)）
=0.21<(Wvmin )=0.25(mm)
滿足要求。
側(cè)墻抗裂計(jì)算可選擇軸力核彎距最大的斷面進(jìn)行計(jì)算。
分短期組合核長(zhǎng)期組合：
短期組合彎距最大時(shí)：
Mmax＝2.524 KN·m，y＝0.